信道复用技术[图解]

信道复用技术[图解]Ø提出信道（多路）复用技术的基本原因Ø通信线路的架设费用较高，需要尽可能地充分使用每个信道的容量，尽可能不重复建设通信线路；Ø一个物理信道（传输介质）所具有的通信容量往往大于单个通信过程所需要的容量要求，如果一个物理信道仅仅为一个通信过程服务，必然会造成信道容量资源的浪费。

Ø信道（多路）复用技术实现的基本原理把一个物理信道按一定的机制划分为多个互不干扰互不影响的逻辑信道，每个逻辑信道各自为一个通信过程服务，每个逻辑信道均占用物理信道的一部分通信容量。

Ø实现信道多路复用技术的关键Ø发送端如何把多个不同通信过程的数据（信号）合成在一起送到信道上一并传输Ø接收端如何把从信道上收到的复合信号中分离出属于不同通信过程的信号（数据）Ø实现多路复用技术的核心设备Ø多路复用器（Multiplexer）：在发送端根据某种约定的规则把多个低速（低带宽）的信号合成一个高速（高带宽）的信号；Ø多路分配器（Demultiplexer）：在接收端根据同一规划把高速信号分解成多个低速信号。

多路复用器和多路分配器统称为多路器（MUX）：在半双工和全双工通信系统中，参与多路复用的通信设备通过一定的接口连接到多路器上，利用多路器中的复用器和分配器实现数据的发送和接收。

信道复用技术的类型：FDM技术：Ø频分多路复用（FDM：Frequency Division Multiplexing）技术的适用领域Ø采用频带传输技术的模拟通信系统，如：广播电视系统、有线电视系统、载波电话通信系统等；ØFDM技术的基本原理Ø把物理信道的整个带宽按一定的原则划分为多个子频带，每个子频带用作一个逻辑信道传输一路数据信号，为避免相邻子频带之间的相互串扰影响，一般在两个相邻的子频带之间流出一部分空白频带（保护频带）；每个子频带的中心频率用作载波频率，使用一定的调制技术把需要传输的信号调制到指定的子频带载波中，再把所有调制过的信号合成在一起进行传输。

接收端各路信号的区分：依赖于载波中心频率。

TDM技术：Ø时分多路复用（TDM：Time Division Multiplexing）技术的适用领域Ø采用基带传输的数字通信系统，如计算机网络系统、现代移动通信系统等；ØTDM技术的基本原理Ø由于基带传输系统采用串行传输的方法传输数字信号，不能在带宽上划分。

ØTDM技术在信道使用时间上进行划分，按一定原则把信道连续使用时间划分为一个个很小的时间片，把各个时间片分配给不同的通信过程使用；由于时间片的划分一般较短暂，可以想象成把整个物理信道划分成了多个逻辑信道交给各个不同的通信过程来使用，相互之间没有任何影响，相邻时间片之间没有重叠，一般也无须隔离，信道利用率更高。

STDMATDMWDM技术：Ø波分多路复用（WDM：Wave Division Multiplexing）技术的适用领域Ø使用光纤传输介质的光信号通信系统；ØWDM技术的基本原理Ø类似于FDM，采用波长分割技术实现多路复用，实现时采用光学系统的衍射光栅原理进行不同波长的光波信号的合成与分解，这是光通讯网络的基本核心技术。

接收端各路信号的区分：依赖于光信号的波长（频率）。

看透电路交换技术Ø电路交换（ Circuit Exchange）又称线路交换，是最古老而原始的数据交换技术，主要运用于传统的电话通信系统。

Ø电路交换技术的基本原理Ø通信双方在数据传输与交换之前必须在通信子网中建立一条实际的物理电路，该电路是由通信双方节点与通信子网中连接这两个节点的一系列中间交换节点之间的一系列连接序列共同组成的。

Ø通信双方之间的电路一旦建立成功便交给这两个节点独占使用以实施数据的传输与交换工作，直到一次通信过程结束才能结束这种独占状态。

这是一种典型的“面向连接”的通信模式。

ØⅠ、电路建立阶段Ø为数据传输建立一条“独占”的物理连接通路。

呼叫方发出请求，交换系统根据地址和一定的路由算法确立连接经过的中间节点，被叫方应答；ØⅡ、数据传输阶段Ø独占使用的连接成为数据传输的信道，通信双方可采用一定的通信模式实施数据的传输。

Ø数据在经过中间交换节点时不作任何处理而是直接送达目的节点，即中间交换节点不参与数据传输阶段的任何工作，这个阶段它唯一的工作就是维持连接的有效性，保证数据传输信道的畅通。

ØⅢ、电路释放阶段Ø数据传输结束后，发送方向接收方发出释放连接的请求，在收到所有数据后，接收方收到释放请求即向对方发出应答信号，电路连接随即释放。

Ø释放电路的目的：为其他通信过程提供建立电路连接的可能性，提高整个通信系统的效率。

Ø连接一旦释放就代表一次通信过程的结束，如通信双方需要再一次通信，则必须重新建立连接重复三个阶段工作，由于网络的复杂性等因素可能导致两次建立的连接所经过的路线不完全一样，这并不会影响通信过程的进行，而且通信双方也无须知道这个情况。

电路交换的技术特点：ØⅠ、物理电路连接的建立通过网络中的中间交换节点完成，这些交换节点设备往往由机械或电子式的开关矩阵构成，接通某个开关就形成一个链路，打开就释放某个链路，链路开关的控制可以用手工方式也可用软件方式实现；ØⅡ、物理电路连接一旦建立成功就被独占使用直到被释放，即使通信过程中没有数据传输或交换数据量很小，整个系统的利用率较低；ØⅢ、各个中间交换节点仅参与连接的建立、释放与维持工作，对通信过程中传输的任何数据不做任何处理，不存储数据，不改变数据，也不做差错检测；ØⅣ、由于独占信道实施通信，可大幅度提高数据传输性能，通信可靠性较高，不会产生冲突，无须差错控制，适用于实时数据通信或交互性较强的通信系统中，又由于每次通信需要“漫长的”建立和释放连接，不适用于突发性较高的通信系统；ØⅤ、电路连接的建立和释放需要一定的时间，因而会产生延迟，有时可能有数秒的延迟，但连接一旦建立成功在数据传输的过程中，由于中间节点不做数据处理，因此不会产生额外的延迟，系统实时响应能力较强；ØⅥ、电路交换是面向（物理）连接的数据交换技术，线路利用率较低，通信系统总体效率不高，适用于低带宽模拟通信系统。

从电路交换技术到存储转发交换技术存储转发交换技术在传统电路交换技术的基础上提出了新的理念：Ø在存储转发交换网络中，数据在传输过程中要通过中间交换节点进行动态的路由选择，为此须在所传输的数据中加入必要的控制信息作为路由选择依据，这些控制信息中一般包含通信双方的网络地址，路由选择根据信宿的网络地址实现，而差错控制等需要信源的网络地址；Ø在电路交换技术中，通信控制信息仅在电路连接的建立与释放阶段使用，在数据传输阶段是不需要任何控制信息。

电路交换技术的通信过程主要由通信双方节点实施，中间节点仅负责建立、维护与释放通信使用的信道连接，而存储转发交换技术中，不仅通信双方的节点要积极参与通信的整个过程，而且中间交换节点（组成通信路径的节点）也要参与整个通信过程。

Ø由于通信子网中的通信控制处理机可以存储数据，因此多个通信过程传输的数据可以共享通信信道，线路利用率高。

Ø通信控制处理机具有路由选择功能，可动态选择数据通过通信子网的最佳路径，同时可平滑通信量，提高系统效率。

Ø数据在通过通信子网的通信控制处理机时可以进行差错控制和纠错处理，由此可以减少传输错误，提高系统可靠性。

通过通信控制处理机的存储与转发，可以实现对不同通信速率的通信线路进行速率转换，也可以实现对不同数据代码格式的转换。

Ø电路交换系统中，当通信量较大时很易导致某个通信所需的连接不能建立从而产生堵塞现象，使某个通信过程不能进行，而存储转发交换系统的通信过程似乎总能实施，当通信量大时产生的通信延迟会越大，延迟时间达到一定的值也会造成网络堵塞，可以在网络中实施流量控制机制确保不会发生堵塞；在存储转发交换网络中可以使用优先级控制机制，优先级主要通过通信处理机的有关数据处理策略来实现，当然在所传输的数据包中必须包含有关的优先级控制信息。

Ø一次通信过程所需传输和交换的数据（用户载荷数据）加上必要的通信控制信息共同组成一次通信过程实际传输和交换的数据包，在技术上这个数据包称之为报文（Message）。

Ø当一个报文包含的数据量太多不适合在某网络系统中传输时，可把报文按一定原则切割成多个较小的组成单元，每个单元各自加上必要的通信控制信息，这样组成一个称为分组（Packet）的传输单元在网络系统传输。

一个报文的所有分组均被接收方正确收到后，在信宿处完成报文的组装工作，中间交换节点只处理单个分组，不进行分组的组装工作，这样做的目的是提高数据传输的效率和数据的安全性。

存储转发交换技术的种类：报文交换与分组交换报文交换技术：Ø通信双方能够实施通信进行报文传输与交换的前提与电路交换网络是一致的，即双方之间至少存在一条数据传输的通路，这些通路可能需要跨越多个中间节点；Ø信源节点在通信之前必须准备好要传输和交换的数据包——报文MessageØ一次通信所需交换的所有用户数据，加上必要的通信控制数据，如通信双方的网络地址、数据报的编号、校验数据等。

Ø报文的具体构成格式必须得到通信双方和网络中所有的通信控制处理机的认可与理解，即采用相同的通信协议。

Ø如果信宿与信源是相邻节点（在同一个物理网络中），则信源在准备好报文后即可启动通信过程把报文直接投递给信宿——简单交换。

Ø如果信宿与信源需要通过中间节点连接，则信源启动通信过程后，首先通过一定的路由机制把报文投递给与之相邻的合适的中间节点，该节点接收数据报文并存储，在此基础上对该报文做必要的处理，根据报文中的相关数据和路由机制为该报文选择下一个合适的投递节点后把报文转发给该节点。

依此类推，直至把报文最终投递到信宿——复杂交换。

报文交换技术的局限性：ØⅠ、由于一次通信所需交换的数据量往往比较大，对网络中的通信控制处理机的存储与处理能力提出了较高的要求，使通信成本提高，通信延迟增加，很容易造成网络堵塞，系统灵活性与可靠性下降；ØⅡ、由于一次通信的数据量较大，导致在传输过程中发生差错的可能性增大，用于差错检测的时间也比较长，一旦发生差错需要重新传输整个报文，大幅降低系统效率；ØⅢ、这种交换技术不适合交互性要求较高、突发性数据较多的通信领域，如现代计算机网络系统。